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专家采访

线粒体研究对医学的贡献远超你的想象

【2018-09-30】
线粒体是真核细胞内的“能量制造工厂”,其中含有数千种蛋白质,维持着线粒体各种功能的正常运转。线粒体DNA(mtDNA)呈现母系遗传的特征,是一个长度为16.5kb的环状双链DNA,已知包括了13个蛋白质编码基因,22个tRNAs,2个rRNAs,没有内含子。

尽管基因组很小,但当这些基因发生变异,则可能引发退行性疾病、代谢性疾病、遗传性疾病等。例如,m.8344 A>G、m.3243A>G突变与Leigh综合征(亚急性坏死性脑脊髓病)发病密切相关,95%的Leber遗传性视神经病人携带MTND4 m.11778 G>A、基因MTND1 m.3460 G>A和基因MTND6 m.14484 T>C突变,mtDNA的缺失突变可引起Kearns-Sayre综合征(KSS)、进行性眼外肌麻痹(PEO)和Pearson综合征等。



此前人们对线粒体基因的研究和应用重点在母系遗传病和母系亲缘关系鉴定上。然而,越来越多的研究证实mtDNA的各类变异和多种肿瘤的发生发展密切相关,包括胰腺癌、头颈癌、肺癌、结直肠癌、乳腺癌和卵巢癌等。近年来,线粒体相关研究频繁登上Nature、Science、Molecular Cell 或PNAS等高影响力期刊,线粒体研究对医学的贡献还有着丰富的想象空间,有待更进一步的研究与开发。


mtDNA的SNV和InDel和多种癌种密切相关[1]

随着高通量测序的不断普及,传统Sanger测序已不能满足mtDNA研究需求。而线粒体全基因组测序已逐渐成为目前mtDNA检测的主要手段,使得研究者能够方便地获得完整的线粒体基因组信息, 提高线粒体DNA检测识别率,全面地发掘各种类型的mtDNA变异。

阅微基因提供人类线粒体全长测序完整解决方案,采用Illumina官方建议线粒体扩增引物和自主研发引物,基于高通量测序平台,提供人类线粒体DNA全长扩增子高深度测序与生物信息学分析,包括SNP、InDel及SV检测等,全方位助力您的线粒体研究。


线粒体全长测序技术流程


技术优势
  1. 0 gap全长扩增,效果好,成功率高。
  2. 覆盖线粒体全基因组,测序深度达8000x以上,全面准确检测变异和基因分型。
  3. 实际完成多个相关科研、临床检测与法医项目,经验丰富。
  4. 对于其他物种或需求,根据客户需求,结合多平台制定服务方案。

产品参数



项目周期

15个工作日

案例分享
线粒体DNA点突变、拷贝数变异与大脑疾病的关系[2](IF:12.213)

先前的研究表明mtDNA的一些点突变与神经退行性疾病相关,mtDNA的缺失可以影响脑部区域的功能。为了更好的阐述mtDNA基因变异与神经性疾病之间的关系,本研究对从1,363病例(帕金森氏病-PD,阿尔茨海默病-AD,额颞叶痴呆-肌萎缩侧索硬化症-FTD-ALS,克雅氏病-CJD)和对照的脑组织的全外显子组测序数据中获得了线粒体基因的数据,并主要对点突变和拷贝数变异进行分析研究。

结果显示:在32.3%的受试者中出现了异常高的异质性mtDNA变异。然而,并没有发现罕见的mtDNA或mtDNA异质性遗传变异与疾病之间的关联,却观察到AD和CJD中mtDNA拷贝数量的减少。基于这些发现,mtDNA的拷贝数水平可能在神经退行性疾病发病机制中起到作用,但需更多的研究支撑,而 mtDNA的单核苷酸变体不太可能在这些神经退行性疾病的发病机制中起主要作用。


1363个测序数据的Circos图,其中标示了点突变的类型和情况

不同神经疾病中线粒体拷贝数平均水平

其他物种线粒体测序与分析
除了人线粒体全基因组扩增测序,阅微基因还可基于二代测序平台提供其他物种的线粒体基因组测序,有参考基因组和无参考基因组均可。测序过后,我们可以完成线粒体基因组的组装,基因注释和变异分析等生信分析内容。具体内容请详见后期文章。

我们的优势

  1. 项目经验丰富,已完成多个物种线粒体DNA测序,包括胡蜂、鱼类等。
  2. 产品策略多样化,可满足客户不同需求。
  3. 组装技术过硬,多个线粒体基因组直接组装到完成图标准。
  4. 平台完善,可用Sanger测序的方法填补组装线粒体基因组的gap。


参考文献:

[1] Hertweck, K. L., & Dasgupta, S. (2017). The landscape of mtdna modifications in cancer: a tale of two cities. Frontiers in Oncology, 7, 262. DOI:10.3389/fonc.2017.00262

[2] Wei, W., et al. (2017). Mitochondrial dna point mutations and relative copy number in 1363 disease and control human brains. Acta Neuropathologica Communications, 5(1), 17.DOI:10.1186/s40478-016-0404-6